JPS63125476A - 電動式後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車の前輪操舵力または前輪コーナリン
グフォースに連動して作動し、後輪を電動モータで操舵
駆動する電動式後輪操舵装置の内、前輪に油圧式パワー
ステアリング装置を備えた電動式後輪操舵装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置は、前輪の操舵角度と車速に応じて
後輪を操舵する方法が一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この場合は、操舵角度センサを設置する
場合ステアリングシャフトの回転角度がラック軸の移動
距離を計ることになるが、ステアリングシャフトはスペ
ースの面で、また、ラック軸は環境条件の面から問題が
あった。

また、第６図（ａ）に示すように、車両Ａが直進中に横
風などの外乱を受け、前輪コーナリングフォースＦ１、
後輪コーナリングフォースＦ２が加わり姿勢が変わった
場合では、ハンドルを中立に保持したままでは、元の姿
勢に戻ろうとする復元モ−メントＭの発生が通常の前輪
操舵車と変わらず小さく、車固有の安定性は向上し得な
い。

さらに、前輪の操舵力の検出方法としては、一般的には
トーションバーが用いられるが、前輪が油圧式パワース
テアリング付きの場合、コントロールバルブに既にトー
ションバーが内蔵されているため、後輪操舵のためにト
ルクセンサを設置しようとすると、トーションバーが２
本直列にステアリングシャフトに挿入されたことになり
、ステアリングシャフトの剛性が低下し実用化は問題が
あった。

また、上記油圧パワーステアリング装置のコントロール
バルブのトーションバーをａｓ操舵用とトルクセンサに
流用しようとして、コントロールバルブに電気信号を出
力するトルクセンサは、スペースおよび油圧の耐圧など
から考えて問題があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、前輪に油圧式パワーステアリング装置を備えた自
動車でも、前輪操舵力または前輪のコーナリングフォー
スと車速に応じて、後輪を操舵駆動する電動式後輪操舵
装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る電動式後輪操舵装置は、パワーシリンダ
とコントロールバルブ間の左右方向の操舵油圧を検出し
てその油圧差を演算する操舵油圧差演算増幅装置と、こ
の操舵油圧差演算増幅装置の出力と車速センサの出力か
ら後輪を操舵する電動モータを駆動するコントロールユ
ニットとを設けたものである。

〔作　用〕

この発明においては、パワーシリンダに供給される右方
向操舵油圧と左方向操舵油圧の油圧差を操舵油圧差演算
増幅装置で演算し、その油圧差と車速信号とをコントロ
ールユニットに加えて、この両信号に基づきコントロー
ルユニットで電動モータを駆動して後輪を操舵する。

〔実施例〕

す下、この発明の電動式後輪操舵装置の実施例を図面に
基づき説明する。第１図はその一実施例の構成を示す平
面図である。この第１図において、ハンドル１の操舵ト
ルクはステアリングシャフト２を介してコントロールバ
ルブ９に伝達するようにしている。

このコントロールバルブ９はハンドル１に加わる操舵ト
ルクに応じて油量を制御するようになっている。

また、３は内部にラックアンドピニオンなどの運転方向
操舵機構を内蔵した前輪操舵用ギヤボックスである。こ
の前輪操舵用ギヤボックス３には、前輪操舵用右側タイ
ロッド４、前輪操舵用左側タイロッド４ａ（息下、いず
れもタイロッドと略称する）、前輪５を転舵する右側ナ
ックルアーム６、左側ナックルアーム６ａをそれぞれ介
して前輪５゜５ａに連結されている。

さらに、エンジン（図示せず）により、油圧ポンプ７が
駆動されるようになっており、この油圧ポンプ７と油タ
ンク８間は第１の油圧配管１０で連結されており、油圧
ポンプ７とコントロールバルブ９間は第２の油圧配管１
１で連結されている。

このコントロールバルブ９は第３の油圧配管１２を介し
て油タンク８に連結されている。

油圧パワーシリンダ１３は油圧ポンプ７の吐出する油に
よって操舵補助力を発生するようになっている。この油
圧パワーシリンダ１３は右側油圧室１３ａ１左側油圧室
１３ｂを備えている。

この右側油圧室１３ａは第４の油圧配管１４を介してコ
ントロールバルブ９に連結されており、この第４の油圧
配管１４の途中の油圧を右側油圧センサ１６で検出する
ようになっている。

また、コントロールバルブ９と左側油圧室１３ｂは第５
の油圧配管１５で連結されている。この第５の油圧配管
１５の途中の油圧を左側油圧センサ１７で検出するよう
になっている。

右側油圧センサ１６と左側油圧センサ１７はともに油圧
を電気信号に変換して、操舵油圧差演算増幅装置１８に
送出するようになっている。

この操舵油圧差演算増幅装置１８は右側油圧センサ１６
、左側油圧センサ１７の再出カイε号を入力して演算し
、その差をコントロールユニット２４に出力するように
なっている。

一方、１９は後輪操舵用ギヤボックスであり、その内部
にはラックアンドピニオンなどの運転方向変換機構を内
蔵している。この後輪操舵用ギヤボックス１９は右側の
タイロッド２０、左側のタイロッド２０ａ、右側ナック
ルアーム２２、左側ナックルアーム２２ａをそれぞれ介
して後輪２１゜２１ａに連結されている。

ナックルアーム２２，２２ａはそれぞれ右側、左側の後
輪２２，２２ａを転舵するためのものである。

また、上記コントロールユニット２４により電動モータ
２５が操舵駆動されるようになっている。

この電動モータ２５の出力軸に無励磁作動型の電磁ブレ
ーキ２６が連結されている。電磁ブレーキ２６は励磁コ
イルを内蔵され、この励磁コイルがオフのときにブレー
キ作動するものである。

この電磁ブレーキ２６を介して電動モータ２５の出力が
減速機２７に伝達されるようになっている。減速機２７
はウオームとウオームホイルなどによる運転方向変換機
構を内蔵している。

減速機２７の減速後の回転角は後輪操舵角度センサ２８
により検出されるようになっており、その検出出力はコ
ントロールユニット２４に送出するようになっている。

また、上記電動モータ２５の回転速度はモータ回転速度
センサ２９で検出するようになっており、その検出信号
もコントロールユニット２４に送出するようになってい
る。

このコントロールユニット２４は車速センサ２３の検出
出力と、操舵油圧差演算増幅装置１８の出力により後輪
操舵目標を演算して電動モータ２５、電磁ブレーキ２６
に出力するようになっている。

第２図は上記ハンドル１の操舵トルクに対するパワーシ
リンダ１３の右側油圧室１３ａおよび、左側油圧室１３
ｂに発生する作動油圧の特性を示すグラフで、操舵トル
クの上昇に対し放物線状に油圧上昇を示し操舵トルク上
昇時と下降時で若干のヒステリシス特性を有している。

さらに、第３図は油圧差ΔＰと目標後輪操舵角の関係の
車速特性を示すグラフであり、車速７５に＋ｓ　／　ｈ
以上は、目標後輪操舵角θ□を油圧差ΔＰと車速■に対
して単調増加関数としており、また１０ｋｍ／ｈ以下で
は、所定油圧差が発生したときに操舵方向とは逆方向に
後輪を最大転舵し、１０　ｋ＋ｍ／　ｈ〜７５　ｋ＋ａ
／　ｈでは操舵しないことを示している。

次に、以上のように構成されたこの発明の詳細な説明す
る。まず、第１図において、図示しないエンジンを始動
すると、油圧ポンプ７は駆動されろ。この油圧ポンプ７
の駆動によって、油タンク８内の作動油は吸い上げられ
、油圧ポンプ７、第２の油圧配管１１、コントロールバ
ルブ９、第３の油圧配管１２を介して油タンク８に循環
している。

このとき、ハンドル１に操舵トルクが発生していない場
合、コントロールバルブ９の左右開度はバランスしてい
るので、コントロールバルブ９から第４．第５の油圧配
管１４．１５を介してパワーシリンダ１３の右側油圧室
１３ｍと左側油圧室１３ｂに掛かる油圧は左右バランス
しているので、アシストトルクを発生しない。

また、フロー圧（２〜３ｋｇ／ａｔ７）が上記右側油圧
センサ１６と左側油圧センサ１７に印加されるので、そ
の圧力に応じた電気信号を出力する。この電気イコ号を
入力とする操舵油圧差演算増幅装置１８は上記右側油圧
センサ１６と左側油圧センサ１７の出力電気信号の差は
バランスしているので、はぼ零を出力する。

一方、電気回路部はエンジンが始動すると無励磁作動型
の電磁ブレーキ２６を励磁してブレーキを不作動とし、
モーフ駆動可能とする。

次に、コントロールユニット２４は上記操舵油圧差演算
増幅装置１８の信号と車速センサ２３の信号を入力とし
て演算し、第３図に示す油圧差ΔＰと車速に応じた後輪
の操舵方向と操舵角を含む後輪操舵目標θ７を設定する
。

この後輪操舵目標θ１と後輪操舵角度センサ２８の信号
入力による現在の後輪操舵位置θ２との誤差（θ。＝０
１−０１）により、この誤差θ。を減少する方向で誤差
θ。の大きさに応じた後輪操舵速度ω１に相関するモー
タ回転速度目標ω、を設定する。

このモータ回転速度目標法とモータ回転速度センサ２９
の信号入力による現在のモータ回転速度へとの誤差Ｑ）
。によってコントロールユニット２４は電動モータ２５
の駆動および電動モータ２５の回転方向を設定する。

電動モータ２５の回転により、機械的に連結された減速
機２７、後輪駆動用ギヤボックス１９、後輪駆動用のタ
イロッド２０．２０ａ、ナックルアーム２２，２２ａを
介して後輪２１．２１ａを駆動するようになっているが
、上述のようにフロー圧で左右がバランスしているとき
は、操舵油圧差演算増幅装置１８の出力が零であるため
、後輪操舵位置θ、が中央からずれていれば、中央に戻
すように制御し、そのまま中央に保持する。

次に、高速走行時、ハンドル１をたとえば右方向に０．
４ｋｇｆ１のトルクで操舵すると、ステアリングシャフ
ト２、コントロールバルブ９を介して前輪操舵用ギヤボ
ックス３に伝達し、直線運動に変換されてタイロッド４
　（右方向）に駆動し、ナックルアーム６を介し、前輪
５を右方向に転舵する。

このとき、コントロールバルブ９は作動して油圧パワー
シリンダ１３の右側油圧室１３ａに第４の油圧配管１４
を介して作動油を送油し、アシスト力を発生するととも
に第５の油圧配管１５から左側油圧室１３ｂの作動油を
コントロールバルブ９、第３の油圧配管１２を介して油
タンク８に排出される。

このとき、第４の油圧配管１４に取り付けられた右側油
圧センサ１６には前輪５，５ａに発生するコーナリング
フォースに応じて、第２図のグラフにおいて右方向０．
４ｋｇｆ１の点（ａ点）の作動油圧約２０ｋｇｆ／ｅ＋
Ｊが印加され、左側油圧センサ１７には大気への排圧が
約２〜３ｋｇｆ／ｅｎｆが印加されるので、その作動油
圧に応じた電気信号を各々発生する。

したがって、操舵油圧差演算増幅装置１８には、上述右
側油圧センサ１６と左側油圧センサ１７の電気信号が入
力され、内部で減算して左右油圧の差に相当する信号を
出力する（第４図参照）。

すなわち、操舵油圧差演算増幅装置１８の出力信号は、
左右の操舵油圧差信号であるが、第４図、第５図に示す
ように等価的には操舵トルクまたは前輪コーナリングフ
ォースに相当する。

さらに、このとき車速をたとえば１５０に＋ｍ／Ｈｒと
すると、コントロールユニット２４は車速センサ２３の
車速信号と操舵油圧差演算増幅装置１８の油圧差ΔＰの
信号の入力により、第７図に示すグラフの車速１５０　
ｋ＋ａ／　Ｈｒ点（ｂ点）における目標後輪操舵角θア
は０．７°となる。

すなわち、後輪２１，２１ａを右方向に０．７゜操舵し
た点が操舵目標θ１となる。したがって、もし現在の後
輪位置θ１が中央（θ１＝０°）だとすると、誤差θ。

は、θ。＝θ１−佑＝　０．７−０　＝　０．７となる
。

この誤差θ。は（＋）で大きな値となっているので、後
輪２１．２１ａを駆動するモータ２５のモータ回転速度
目標法は、大きな値（約２．ＯＯＯｒｐｍ）を指示する
。

モータ回転速度センサ２９から入力される現在のモータ
回転速度礼は、止まっている（Ｏｒｐｍ）とすると、誤
差礼は先＝２０００−０＝２０００となり、電動モータ
２５には後輪２１．２１ａを右方向へ駆動する方向に全
電圧がオン□され、電動モータ２５は回転を開始する。

この回転速度が上記モータ回転速度目標法に近づくと（
誤差ω。が約２００　ｒｐｍ以内）、電動モータ２５は
オフされ、さらに、モータ回転速度目標法を２０　Ｏｒ
ｐｍ以上超えると、電動モータ２５を逆転駆動するよう
に制御される。

電動モータ２５が回転すると、電磁ブレーキ２６を介し
て減速機２７にトルクが伝達され、減速後の出力は、後
輪操舵用ギヤボックス１９、タイロッド２０．　２０　
ａ、ナックルアーム２２，２２ａを介して後輪２１．２
１ａを右方向に駆動する。

このとき、減速機２７の減速後の後輪操舵角が後輪操舵
角センサ２８からコントロールユニット２４にフィード
バックされ、上述の後輪操舵目標θ１と後輪位置θ、の
誤差θ。を減少する方向に回るので、上記誤差θ。が減
少するのに応じて上述モータ回転速度目標Ｑ〜を減少さ
せ、誤差θ。がＯに近づく（約ｏ、ｏｓ”以内になる）
とモータ回転速度目標ω、−〇、すなわち、電動モータ
２５の停止命令を出す。

次に、ハンドル１を左方向に操舵した場合、上述した内
容とほぼ逆の動作となり、操舵トルクと車速に応じて後
輪を左方向に制御することになるが、詳細は略する。

また、第６図（ｂ）に示すように、高速直進走行中に横
風などの外乱を受け、姿勢が変った場合には、進行方向
に対して発生する辷り角βに応じて前輪にコーナリング
フォースが発生するため、それに応じて後輪がハンドル
中立保持のままでも操舵され、より大きな後輪コーナリ
ングフォースが発生し、結局大きな復元モーメントＭを
発生させ、車固有の安定性を向上することになる。

さらに、車速１０　ｋｍ／　ｈ以下の極低速時で、ハン
ドル最大転舵するとラックのストッパ当りにより作動油
圧が急激に立上るため、油圧差ΔＰが高い値（約５０ｋ
ｇ／ｃＩＩｒ）を示すと、後輪最大角度（約２．５°）
前輪操舵方向と逆方向に操舵させることにより最小旋回
半径の減少など、取口性の向上もはかれる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、操舵トルクまたは前輪
のコーナリングフォースを前輪操舵用パワーステアリン
グの操舵油圧を検出することにより、等価的に検出し、
この操舵トルクと車速に応じて後輪をモータ駆動するよ
うにしたので、操舵角度センサの取付スペースや耐環境
性を考處する必要がなく、新たに操舵トルクを検出する
ためのトーシνンバーをステアリングシャフトに直列挿
入する必要がないため、ステアリングシャフトの剛性を
低下することなく、左右の操舵油圧センサと、操舵油圧
差演算増幅装置の追加のみで、後輪をモータ駆動で操舵
することができ、信頼性が高く、後輪操舵装置の有無に
対する互換性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電動式後輪操舵装置の一実施例の構
成を示す平面図、第２図は同上実施例におけるハンドル
操舵トルク対作動油圧の関係を示す図、第３図は同上実
施例におけるパワーシリンダの油圧差対目標後輪操舵角
の関係の車速特性を示す図、第４図は同上実施例におけ
るハンドル操舵トルク対パワーシリンダの左右油圧差の
関係を示す図、第５図は同上実施例における左右のコー
ナリングフォース対パワーシリンダの油圧差の関係を示
す図、第６図（ａ）は従来の前輪操舵車および前輪操舵
角に応じて後輪操舵する車両を説明するための図、第６
図ｆｂｌはこの発明における前輪操舵力または前輪コー
ナリングフォースに応じて後輪操舵する車両を説明する
ための図、第７図は同上実施例における車速対後輪操舵
率の関係を示す図である。 １・・ハンドル、２・°゛ステアリングシヤフト３・・
前輪操舵用ギヤボックス、４，４ａ、２０，２０ｎ・・
・クイロッド、６，６ａ、２２，２２ａ・・・ナックル
アーム、５，５ａ　・前輪、２１，２１ａ・・・後輪、
７・・・油圧ポンプ、８・・・油タンク、９・・コント
ロールバルブ、１３・・パワーシリンダ、１６・・右側
油圧センサ、１７・・左側油圧センサ、１８・・操舵油
圧差演算増幅装置、１９・・・後輪操舵用ギヤボックス
、２３　・車速センサ、２４・・・コントロールユニッ
ト、２５・・・電動モータ、２６・・電磁ブレーキ、２
７・・減速機、２８・・・後輪操舵角センサ、２９・・
モータ回転速度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 油圧式パワーステアリング手段を備えた前輪操舵手段、
   この前輪操舵手段内で前輪操舵力または前輪に発生する
   コーナリングフォースに応じて発生する信号に基づいて
   後輪を電動モータで操舵する装置において、上記パワー
   ステアリング手段を構成するパワーシリンダとコントロ
   ールバルブ間に設けられ上記パワーシリンダに供給され
   る右方向操舵油圧を検出する右側油圧センサ、左方向操
   舵油圧を検出する左側油圧センサ、上記右側油圧センサ
   と左側油圧センサの検出出力から左右方向操舵油圧差を
   演算する操舵油圧差演算増幅装置、この操舵油圧差演算
   増幅装置の出力と車速信号により上記電動モータを駆動
   し後輪を操舵するコントロールユニットを備えたことを
   特徴とする電動式後輪操舵装置。